Bảng tra cấp bền bulong theo TCVN và tiêu chuẩn quốc tế
Trên đầu bulong lục giác thường có những ký hiệu như 4.6, 8.8, 10.9 hay 12.9. Đây chính là cấp bền bulong, thông số cho biết khả năng chịu lực của bulong trước khi bị biến dạng hoặc đứt gãy. Nếu lựa chọn không đúng cấp bền, mối ghép có thể bị lỏng, bulong giãn dài hoặc gãy khi chịu tải. Vậy cấp bền bulong là gì và cách đọc những ký hiệu này như thế nào? Trong bài viết dưới đây, Công nghiệp Trường Phú sẽ giúp anh chị hiểu rõ cách xác định cấp bền và tra cứu các thông số theo tiêu chuẩn TCVN, ISO và hệ inch.
1. Cấp bền bulong là gì?
Cấp bền bulong (property class) là ký hiệu thể hiện các đặc tính cơ học tối thiểu của vật liệu chế tạo bulong. Trong đó, hai thông số quan trọng nhất là giới hạn bền kéo và giới hạn chảy.
- Giới hạn bền kéo (Rm – Tensile strength): Là ứng suất kéo lớn nhất mà bulong chịu được trước khi bị đứt.
- Giới hạn chảy (ReL hoặc Rp0,2 – Yield strength): Là mức ứng suất khiến bulong bắt đầu biến dạng vĩnh viễn, không thể trở về kích thước ban đầu sau khi ngừng chịu tải.
Trong tính toán kỹ thuật, giới hạn chảy là thông số cần đặc biệt quan tâm. Khi lực tác động vượt quá giới hạn này, bulong sẽ bị giãn dài vĩnh viễn. Dù chưa đứt, bulong cũng có thể mất lực kẹp và cần được thay thế.
Ngoài giới hạn bền kéo và giới hạn chảy, mỗi cấp bền còn quy định những đặc tính cơ học khác như:
- Ứng suất tải thử (Proof load stress).
- Độ cứng.
- Độ giãn dài sau khi đứt.
- Độ dai va đập (áp dụng với một số cấp bền).
Cấp bền là đặc tính của vật liệu, không phụ thuộc vào kích thước bulong. Chẳng hạn, bulong M6 cấp bền 8.8 và bulong M24 cấp bền 8.8 có cùng giới hạn bền kéo tối thiểu tính theo MPa.
Tuy nhiên, lực kéo đứt tính theo kN của hai loại này lại chênh lệch đáng kể do tiết diện chịu lực khác nhau. Nội dung này được thể hiện cụ thể trong bảng tra tại mục 4.2.
2. Cấp độ bền của bulong theo hệ mét
Đối với bulong hệ mét làm từ thép carbon và thép hợp kim, cấp bền được xác định theo ISO 898-1, tương đương hệ thống phân cấp bền trong TCVN 1916 tại Việt Nam.
Ký hiệu cấp bền gồm hai chữ số ngăn cách bằng dấu chấm, chẳng hạn 8.8. Mỗi chữ số thể hiện một thông số cơ tính của bulong.
Cách đọc ký hiệu cấp bền 8.8 như sau:
- Số thứ nhất nhân với 100: Cho biết giới hạn bền kéo danh nghĩa, tính bằng MPa. Với cấp 8.8, ta có 8 × 100 = 800 MPa.
- Số thứ hai chia cho 10: Cho biết tỷ số giữa giới hạn chảy và giới hạn bền kéo. Với cấp 8.8, tỷ số này là 8/10 = 0,8.
- Tích hai chữ số nhân với 10: Cho biết giới hạn chảy danh nghĩa. Với cấp 8.8, ta có 8 × 8 × 10 = 640 MPa.
Tương tự, đối với bulong cấp bền 10.9:
- Giới hạn bền kéo danh nghĩa: 10 × 100 = 1.000 MPa.
- Giới hạn chảy danh nghĩa: 10 × 9 × 10 = 900 MPa.
Phân biệt giá trị danh nghĩa và giá trị tối thiểu
Các công thức trên chỉ cho biết giá trị danh nghĩa (nominal). Trong khi đó, tiêu chuẩn còn quy định giá trị tối thiểu (minimum) mà bulong phải đạt được.
Ở một số cấp bền, giá trị tối thiểu sẽ cao hơn giá trị danh nghĩa. Chẳng hạn, đối với bulong cấp bền 10.9:
- Giới hạn bền kéo tối thiểu là 1.040 MPa, không phải 1.000 MPa.
- Giới hạn chảy tối thiểu là 940 MPa, không phải 900 MPa.
Vì vậy, khi kiểm tra kết quả thử kéo hoặc đánh giá chất lượng bulong, cần đối chiếu với giá trị tối thiểu được quy định trong bảng tiêu chuẩn, thay vì chỉ sử dụng kết quả tính theo ký hiệu cấp bền.
Các nhóm cấp bền bulong hệ mét
Dựa trên đặc tính cơ học và khả năng chịu lực, bulong hệ mét được chia thành hai nhóm phổ biến:
- Bulong thường: Bao gồm các cấp bền 4.6, 4.8, 5.6, 5.8 và 6.8. Nhóm này thường được sản xuất từ thép carbon thấp hoặc trung bình, không yêu cầu nhiệt luyện, phù hợp với các mối ghép chịu tải nhẹ và trung bình.
- Bulong cường độ cao: Bao gồm các cấp bền 8.8, 9.8, 10.9 và 12.9. Sản phẩm được chế tạo từ thép carbon trung bình hoặc thép hợp kim, phải trải qua quá trình tôi và ram để đạt cơ tính yêu cầu. Nhóm này thường sử dụng trong kết cấu thép, khung máy và các liên kết chịu lực.
Trong đó, cấp bền 9.8 chỉ áp dụng cho bulong có kích thước đến M16 và ít gặp trên thị trường. Còn cấp bền 12.9 thường được sử dụng ở các loại bulong lục giác chìm DIN 912.
Cách nhận biết cấp bền trên bulong
Ngoài việc kiểm tra tài liệu kỹ thuật, cấp bền còn được thể hiện qua ký hiệu dập trực tiếp trên sản phẩm.
- Bulong lục giác: Với kích thước từ M5 trở lên, các loại bulong cấp bền 8.8 trở lên phải có ký hiệu cấp bền và ký hiệu nhà sản xuất được dập trên đầu.
- Bulong lục giác chìm: Ký hiệu cấp bền thường được dập trên mặt bên của đầu trụ.
Cấp bền đai ốc theo ISO 898-2
Khi sử dụng bulong cùng đai ốc, cần lựa chọn cấp bền tương ứng để đảm bảo khả năng chịu lực của mối ghép.
Theo ISO 898-2, cấp bền đai ốc được ký hiệu bằng một chữ số như 5, 6, 8, 10 hoặc 12.
Bảng dưới đây thể hiện cấp bền đai ốc tối thiểu tương ứng với từng cấp bền bulong:
| Cấp bền bulong | Cấp bền đai ốc tối thiểu |
| 4.6, 4.8, 5.6, 5.8 | 5 |
| 6.8 | 6 |
| 8.8 | 8 |
| 10.9 | 10 |
| 12.9 | 12 |
Có thể sử dụng đai ốc có cấp bền cao hơn mức yêu cầu. Tuy nhiên, nếu đai ốc có cấp bền thấp hơn bulong, phần ren của đai ốc có nguy cơ bị tuốt trước khi bulong đạt được lực siết cần thiết.
Cấp bền bulong inox theo ISO 3506-1
Khác với bulong thép carbon, bulong inox không sử dụng hệ ký hiệu 8.8, 10.9 hay 12.9. Thay vào đó, cấp bền được thể hiện theo dạng nhóm vật liệu – cấp bền, chẳng hạn A2-70.
Trong đó:
- A2: Tương ứng với inox 304.
- A4: Tương ứng với inox 316.
- Số phía sau: Thể hiện giới hạn bền kéo tối thiểu khi nhân với 10, tính bằng MPa. Ví dụ, A2-70 có giới hạn bền kéo tối thiểu là 700 MPa.
Bảng tra cấp bền bulong inox:
| Cấp bền inox | Giới hạn bền kéo tối thiểu (MPa) | Giới hạn chảy Rp0,2 tối thiểu (MPa) |
| A2-50 / A4-50 | 500 | 210 |
| A2-70 / A4-70 | 700 | 450 |
| A2-80 / A4-80 | 800 | 600 |
Trong các cấp bền trên, A2-70 và A4-70 là hai loại phổ biến trên thị trường. Riêng inox 201 không có nhóm vật liệu tương ứng trong tiêu chuẩn ISO 3506.
3. Cấp độ bền của bulong theo hệ inch
Khác với bulong hệ mét, bulong hệ inch theo tiêu chuẩn Mỹ không sử dụng ký hiệu hai chữ số như 8.8 hay 10.9. Thay vào đó, cấp bền thường được nhận biết qua các vạch hướng tâm dập trên đầu bulong.
Tiêu chuẩn phổ biến là SAE J429, với ba cấp bền thường gặp gồm Grade 2, Grade 5 và Grade 8.
Bảng tra cấp bền bulong hệ inch theo SAE J429:
| Cấp (SAE J429) | Ký hiệu trên đầu | Cỡ ren (inch) | Tải thử (ksi) | Giới hạn chảy tối thiểu (ksi) | Giới hạn bền kéo tối thiểu (ksi / MPa) | Vật liệu |
| Grade 2 | Không có vạch | 1/4 – 3/4 | 55 | 57 | 74 / khoảng 510 | Thép carbon thấp hoặc trung bình |
| Grade 2 | Không có vạch | Trên 3/4 – 1 1/2 | 33 | 36 | 60 / khoảng 414 | Thép carbon thấp hoặc trung bình |
| Grade 5 | 3 vạch | 1/4 – 1 | 85 | 92 | 120 / khoảng 827 | Thép carbon trung bình, tôi và ram |
| Grade 5 | 3 vạch | Trên 1 – 1 1/2 | 74 | 81 | 105 / khoảng 724 | Thép carbon trung bình, tôi và ram |
| Grade 8 | 6 vạch | 1/4 – 1 1/2 | 120 | 130 | 150 / khoảng 1.034 | Thép hợp kim carbon trung bình, tôi và ram |
Đơn vị quy đổi: 1 ksi ≈ 6,895 MPa.
So sánh cấp bền bulong hệ inch và hệ mét
Nếu xét về cơ tính, các cấp bền theo SAE J429 có thể so sánh gần đúng với hệ mét như sau:
- Grade 2: Gần với cấp bền 4.6.
- Grade 5: Gần với cấp bền 8.8.
- Grade 8: Gần với cấp bền 10.9.
Tuy nhiên, đây chỉ là sự tương quan để tham khảo. Hai hệ tiêu chuẩn có sự khác biệt về cơ tính, hệ ren và dung sai, vì vậy không được tự ý thay thế bulong hệ inch bằng bulong hệ mét hoặc ngược lại khi chưa được kỹ sư kiểm tra.
Một số tiêu chuẩn bulong hệ inch khác
Ngoài SAE J429, trong các bản vẽ và tài liệu kỹ thuật còn có thể gặp những tiêu chuẩn sau:
- ASTM A307: Áp dụng cho bulong thép carbon thông thường, có giới hạn bền kéo tối thiểu 60 ksi.
- ASTM F3125 Grade A325 / A490: Áp dụng cho bulong kết cấu cường độ cao, thường sử dụng trong nhà thép và cầu. Trước đây, A325 và A490 là hai tiêu chuẩn riêng biệt.
4. Bảng tra cứu cấp bền bulong chính xác nhất
Để xác định khả năng chịu lực của bulong, ngoài ký hiệu cấp bền trên đầu sản phẩm, cần đối chiếu các thông số cơ tính theo tiêu chuẩn tương ứng.
Dưới đây là bảng tra cấp bền bulong theo TCVN và ISO, bao gồm giới hạn bền kéo, giới hạn chảy, độ cứng và lực kéo đứt tối thiểu.
4.1. Bảng tra theo TCVN
TCVN 1916:1995 (Bulông, vít, vít cấy và đai ốc – Yêu cầu kỹ thuật) quy định hệ thống cấp bền bulong dựa trên ISO 898-1 tại thời điểm ban hành.
Bảng dưới đây tổng hợp những thông số cơ tính chính của từng cấp bền:
| Cấp bền | Giới hạn bền kéo danh nghĩa / tối thiểu (MPa) | Giới hạn chảy danh nghĩa / tối thiểu (MPa) | Độ cứng Vickers HV (min – max) | Độ giãn dài tối thiểu (%) |
| 3.6 | 300 / 330 | 180 / 190 | 95 – 220 | 25 |
| 4.6 | 400 / 400 | 240 / 240 | 120 – 220 | 22 |
| 4.8 | 400 / 420 | 320 / 340 | 130 – 220 | – |
| 5.6 | 500 / 500 | 300 / 300 | 155 – 220 | 20 |
| 5.8 | 500 / 520 | 400 / 420 | 160 – 220 | – |
| 6.8 | 600 / 600 | 480 / 480 | 190 – 250 | – |
| 8.8 (d ≤ 16mm) | 800 / 800 | 640 / 640 | 250 – 320 | 12 |
| 8.8 (d > 16mm) | 800 / 830 | 640 / 660 | 255 – 335 | 12 |
| 9.8 (d ≤ 16mm) | 900 / 900 | 720 / 720 | 290 – 360 | 10 |
| 10.9 | 1.000 / 1.040 | 900 / 940 | 320 – 380 | 9 |
| 12.9 | 1.200 / 1.220 | 1.080 / 1.100 | 385 – 435 | 8 |
Một số lưu ý khi tra bảng:
- Đối với bulong từ cấp bền 8.8 trở lên, giới hạn chảy được xác định theo giới hạn chảy quy ước Rp0,2.
- Các cấp bền 4.8, 5.8 và 6.8 được đánh giá độ dẻo bằng phương pháp thử khác, nên không thể hiện độ giãn dài theo cách thông thường.
- Cấp bền 3.6 có trong TCVN 1916:1995 nhưng đã được loại khỏi ISO 898-1 kể từ phiên bản năm 2009.
- Cấp bền 6.6 vẫn xuất hiện trong một số báo giá bulong neo, nhưng không còn thuộc hệ cấp bền của ISO 898-1 hiện hành. Khi đặt hàng, nên ghi rõ cấp bền theo tiêu chuẩn và yêu cầu kết quả thử kéo.
Đối với thiết kế kết cấu thép, cường độ tính toán của bulong khi chịu kéo và chịu cắt được xác định theo TCVN 5575:2012 – Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế, tương ứng với từng cấp bền.
Đây là cơ sở để kỹ sư lựa chọn đường kính và số lượng bulong phù hợp. Khi đặt mua vật tư, cần đảm bảo cấp bền của bulong đúng với thông số đã được chỉ định trên bản vẽ.
4.2. Bảng tra theo chuẩn quốc tế
Bảng cơ tính bulong thép theo ISO 898-1
Tiêu chuẩn ISO 898-1 quy định các yêu cầu về cơ tính đối với bulong thép carbon và thép hợp kim. Trong đó, mỗi cấp bền có giới hạn bền kéo, giới hạn chảy và ứng suất tải thử riêng.
Bảng dưới đây tổng hợp các thông số theo ISO 898-1:
| Cấp bền | Giới hạn bền kéo tối thiểu Rm (MPa) | Giới hạn chảy tối thiểu (MPa) | Ứng suất tải thử Sp (MPa) | Vật liệu và xử lý nhiệt |
| 4.6 | 400 | 240 | 225 | Thép carbon thấp hoặc trung bình |
| 4.8 | 420 | 340 | 310 | Thép carbon thấp hoặc trung bình |
| 5.6 | 500 | 300 | 280 | Thép carbon thấp hoặc trung bình |
| 5.8 | 520 | 420 | 380 | Thép carbon thấp hoặc trung bình |
| 6.8 | 600 | 480 | 440 | Thép carbon thấp hoặc trung bình |
| 8.8 (d ≤ 16mm) | 800 | 640 | 580 | Thép carbon có phụ gia hoặc thép carbon trung bình, tôi và ram |
| 8.8 (d > 16mm) | 830 | 660 | 600 | Thép carbon có phụ gia hoặc thép carbon trung bình, tôi và ram |
| 9.8 (d ≤ 16mm) | 900 | 720 | 650 | Như cấp 8.8 |
| 10.9 | 1.04 | 940 | 830 | Thép carbon có phụ gia, thép carbon trung bình hoặc thép hợp kim, tôi và ram |
| 12.9 | 1.22 | 1.1 | 970 | Thép hợp kim, tôi và ram |
Tải thử (Proof load) là lực kéo mà bulong phải chịu được mà không xảy ra biến dạng vĩnh viễn. Đây là một trong những thông số được sử dụng khi kiểm tra chất lượng bulong bằng máy thử kéo.
Bảng lực kéo đứt tối thiểu theo cỡ ren (kN)
Ngoài cấp bền, khả năng chịu lực kéo của bulong còn phụ thuộc vào tiết diện chịu ứng suất của phần ren.
Lực kéo đứt tối thiểu được xác định theo công thức:
Lực kéo đứt tối thiểu = Giới hạn bền kéo tối thiểu × Tiết diện chịu ứng suất As
Dưới đây là bảng lực kéo đứt tối thiểu đối với một số kích thước bulong ren thô thường gặp:
| Cỡ ren | Tiết diện As (mm²) | Cấp 4.6 | Cấp 5.6 | Cấp 8.8 | Cấp 10.9 | Cấp 12.9 |
| M6 | 20,1 | 8,0 | 10,1 | 16,1 | 20,9 | 24,5 |
| M8 | 36,6 | 14,6 | 18,3 | 29,3 | 38,1 | 44,7 |
| M10 | 58,0 | 23,2 | 29,0 | 46,4 | 60,3 | 70,8 |
| M12 | 84,3 | 33,7 | 42,1 | 67,4 | 87,7 | 103 |
| M16 | 157 | 62,8 | 78,5 | 125 | 163 | 192 |
| M20 | 245 | 98,0 | 123 | 203 | 255 | 299 |
| M24 | 353 | 141 | 177 | 293 | 367 | 431 |
Đơn vị quy đổi: 1 kN ≈ 102 kg lực.
Lưu ý: Các giá trị trong bảng là lực kéo gây phá hủy bulong, không phải tải trọng làm việc cho phép.
Trong thực tế, tải trọng thiết kế phải thấp hơn đáng kể so với lực phá hủy và được kỹ sư tính toán dựa trên hệ số an toàn của từng công trình. Vì vậy, không sử dụng trực tiếp các giá trị lực kéo đứt trong bảng làm tải trọng làm việc.
5. Một số câu hỏi thường gặp về cấp bền bulong
Sau khi tìm hiểu các cấp bền bulong theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế, người dùng thường có những thắc mắc về ý nghĩa ký hiệu, khả năng chịu lực và cách lựa chọn sản phẩm phù hợp. Dưới đây là những câu hỏi thường gặp giúp bạn hiểu rõ hơn về cấp bền bulong và tránh nhầm lẫn khi sử dụng.
- Bulong 8.8 nghĩa là gì?
Bulong cấp bền 8.8 có giới hạn bền kéo danh nghĩa 800 MPa và giới hạn chảy danh nghĩa 640 MPa, tương đương 80% giới hạn bền kéo.
Theo ISO 898-1, giá trị tối thiểu được quy định như sau:
- Với bulong có kích thước đến M16: Giới hạn bền kéo tối thiểu 800 MPa, giới hạn chảy tối thiểu 640 MPa.
- Với bulong lớn hơn M16: Giới hạn bền kéo tối thiểu 830 MPa, giới hạn chảy tối thiểu 660 MPa.
- Bulong cấp bền 8.8 có phải bulong cường độ cao không?
Có. Theo cách phân loại phổ biến, bulong có cấp bền từ 8.8 trở lên được xếp vào nhóm bulong cường độ cao.
Các sản phẩm này được chế tạo từ loại thép phù hợp và trải qua quá trình nhiệt luyện tôi, ram để đạt được cơ tính theo yêu cầu.
- Cấp bền càng cao thì bulong càng tốt?
Không hẳn. Bulong cấp bền cao có khả năng chịu lực lớn hơn nhưng đồng thời cũng có độ cứng cao, độ dẻo thấp hơn và giá thành cao hơn.
Ngoài ra, các loại bulong này còn nhạy cảm với hiện tượng giòn hydro khi mạ điện phân và cần được siết đúng lực theo yêu cầu kỹ thuật.
Vì vậy, nên lựa chọn bulong đúng cấp bền được chỉ định trong thiết kế. Không sử dụng bulong có cấp bền thấp hơn yêu cầu, đồng thời cũng không tự ý thay bằng cấp bền cao hơn đối với những mối ghép đã được tính toán.
- Bulong inox 304 tương đương cấp bền nào?
Bulong inox 304 cấp A2-70 có giới hạn bền kéo tối thiểu 700 MPa và giới hạn chảy tối thiểu 450 MPa.
Nếu so sánh về cơ tính, mức này cao hơn bulong thép cấp 5.6 nhưng thấp hơn cấp 8.8, đặc biệt ở giới hạn chảy.
Do đó, không nên tự ý thay thế bulong thép cấp bền 8.8 bằng bulong inox A2-70 trong các mối ghép chịu lực khi chưa được tính toán lại.
- Làm sao biết bulong đúng cấp bền?
Cách nhận biết thông thường là kiểm tra ký hiệu cấp bền được dập trên đầu bulong và đai ốc.
Đối với các lô hàng có yêu cầu kỹ thuật cao, nên yêu cầu nhà cung cấp cung cấp thêm những tài liệu sau:
- Chứng chỉ chất lượng (CQ).
- Chứng chỉ xuất xứ (CO).
- Kết quả thử kéo và thử độ cứng.
Đặc biệt, nếu bulong cường độ cao không có ký hiệu cấp bền trên đầu, cần kiểm tra lại thông tin sản phẩm trước khi sử dụng.
- Cấp bền Grade 8 có phải là 8.8 không?
Không. Grade 8 là cấp bền bulong hệ inch theo SAE J429, có giới hạn bền kéo khoảng 1.034 MPa, gần với cấp bền 10.9 của hệ mét.
Trong khi đó, bulong cấp bền 8.8 hệ mét có cơ tính gần với Grade 5. Vì vậy, không nên nhầm lẫn hai ký hiệu này khi lựa chọn hoặc đặt mua bulong.
6. Mua bulong đúng cấp bền tại Công nghiệp Trường Phú
Việc lựa chọn bulong đúng cấp bền không chỉ dựa vào kích thước hay kiểu dáng mà còn phải đối chiếu với yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ. Đặc biệt, đối với những mối ghép chịu lực, sử dụng sai cấp bền có thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc và độ an toàn của liên kết.
Nếu đang cần tìm mua bulong đúng cấp bền, có ký hiệu rõ ràng cho dây chuyền sản xuất hoặc công trình, Công nghiệp Trường Phú cung cấp các dòng sản phẩm:
- Bulong thép đen cấp bền 10.9, 12.9.
- Bulong lục giác chìm cấp bền 12.9.
- Bulong inox 304.
- Tán, đai ốc theo tiêu chuẩn DIN/ISO.
Với nguồn hàng có sẵn và khả năng giao hàng nhanh trên toàn quốc, Trường Phú hiện đang đồng hành cung cấp linh kiện cho các nhà máy như Thaco, CTR Vina, Kacher và Tinfulong.
Nếu cần đối chiếu cấp bền, quy cách hoặc tiêu chuẩn bulong theo bản vẽ kỹ thuật, hãy liên hệ Công nghiệp Trường Phú qua hotline 0989 209 898 để được tư vấn và báo giá sản phẩm phù hợp.
